TERMISKAIS STAROJUMS: ĪPAŠĪBAS, PIEMĒRI, PIELIETOJUMS - FIZISKĀ - 2025

Siltuma starojums ir enerģija, ko struktūra ar tās temperatūru un ar viļņu garuma infrasarkanā spektra elektromagnētisko pārraida. Visi ķermeņi bez izņēmuma izstaro zināmu infrasarkano starojumu neatkarīgi no tā, cik zema ir viņu temperatūra.

Gadās, ka, atrodoties paātrinātā kustībā, elektriski lādētas daļiņas svārstās un, pateicoties kinētiskajai enerģijai, tās nepārtraukti izstaro elektromagnētiskos viļņus.

1. attēls. Mēs esam ļoti pazīstami ar saules starojumu, kas nāk no Saules, kas faktiski ir galvenais siltuma enerģijas avots. Avots: Pxhere.

Vienīgais veids, kā ķermenis neizstaro termisko starojumu, ir tas, ka daļiņas atrodas pilnīgi miera stāvoklī. Tādā veidā tā temperatūra būtu 0 pēc Kelvina skalas, bet objekta temperatūras samazināšana līdz šādam punktam vēl nav sasniegta.

Siltuma starojuma īpašības

Ievērojams īpašums, kas atšķir šo siltuma pārneses mehānismu no citiem, ir tāds, ka tā ražošanai nav nepieciešama materiāla barotne. Tā, piemēram, Saules izstarotā enerģija caur kosmosu noiet 150 miljonus kilometru un nepārtraukti sasniedz Zemi.

Pastāv matemātisks modelis objekta izstarotās siltumenerģijas daudzuma noteikšanai laika vienībā:

Šis vienādojums ir pazīstams kā Stefana likums, un parādās šādi lielumi:

- Siltumenerģija laika vienībā P, ko sauc par jaudu un kuras vienība Starptautiskajā vienību sistēmā ir vati vai vati (W).

-The virsmas laukums ir objekts, kas izdala siltumu, kvadrātmetros.

-Konstante, ko sauc par Stefana - Boltsmana konstante , ko apzīmē ar σ un kuras vērtība ir 5,66963 x10 ^-8 W / m ² K ⁴ ,

-Objekta izstarojums (ko sauc arī par izstarojumu) un bezizmēra lielums (bez vienības), kura vērtība ir no 0 līdz 1. Tas ir saistīts ar materiāla raksturu: šādam spogulim ir zema izstarojuma spēja, turpretim ļoti tumšam ķermenim ir augsta izstarojuma spēja.

-Un beidzot temperatūra T kelvinos.

Termiskā starojuma piemēri

Saskaņā ar Stefana likumu objekta enerģijas izstarošanas ātrums ir proporcionāls laukumam, izstarojumam un temperatūras ceturtajai jaudai.

Tā kā siltumenerģijas emisijas ātrums ir atkarīgs no T ceturtās jaudas, ir skaidrs, ka nelielām temperatūras izmaiņām būs milzīga ietekme uz izstaroto starojumu. Piemēram, ja temperatūra divkāršosies, starojums palielināsies 16 reizes.

Īpašs Stefana likuma gadījums ir ideāls radiators, pilnīgi necaurspīdīgs objekts, ko sauc par melnu ķermeni un kura emisijas spēja ir tieši 1. Šajā gadījumā Stefana likums izskatās šādi:

Gadās, ka Stefana likums ir matemātisks modelis, kas aptuveni raksturo jebkura objekta izstaroto starojumu, jo tas izstarojumu uzskata par nemainīgu. Izstarojošā spēja faktiski ir atkarīga no izstarotā starojuma viļņa garuma, virsmas apdares un citiem faktoriem.

Ja e tiek uzskatīta par nemainīgu un tiek piemērots Stefana likums, kā norādīts sākumā, tad objektu sauc par pelēko ķermeni.

Dažām vielām, ko uzskata par pelēko ķermeni, izstarojuma vērtības ir šādas:

-Poliurēts alumīnijs 0,05

-Melnais ogleklis 0,95

-Citādas krāsas cilvēka āda 0,97

-Koks 0,91

-Ice 0,92

-Ūdens 0.91

-Kopers ir no 0,015 līdz 0,025

-Stēla no 0,06 līdz 0,25

Saules termiskais starojums

Īsts objekta, kas izstaro termisko starojumu, piemērs ir saule. Tiek lēsts, ka katru sekundi Zeme no Saules sasniedz aptuveni 1370 J enerģijas elektromagnētiskā starojuma veidā.

Šī vērtība ir zināma kā saules konstante, un katrai planētai ir viena, kas ir atkarīga no tās vidējā attāluma no Saules.

Šis starojums perpendikulāri iziet cauri visiem atmosfēras slāņu m ² un tiek sadalīts dažādos viļņu garumos.

Gandrīz viss tas nāk redzamās gaismas veidā, bet liela daļa nāk no infrasarkanā starojuma, kas ir tieši tas, ko mēs uztveram kā siltumu, un daži arī par ultravioletajiem stariem. Tas ir liels enerģijas daudzums, kas ir pietiekams, lai apmierinātu planētas vajadzības, lai to pareizi uztvertu un izmantotu.

Viļņu garumā tie ir diapazoni, kuros tiek atrasts saules starojums, kas sasniedz Zemi:

- Infrasarkanais starojums , ko mēs uztveram kā siltumu: 100–0,7 μm *

- redzama gaisma no 0,7 līdz 0,4 μm

- ultravioletais , mazāks par 0,4 μm

* 1 μm = 1 mikrometrs vai viena metra ceturtdaļa.

Vīnes likums

Zemāk redzamajā attēlā parādīts starojuma sadalījums pa viļņu garumiem dažādām temperatūrām. Sadalījums ievēro Vīnes pārvietojuma likumu, saskaņā ar kuru maksimālā starojuma viļņa garums λ _max ir apgriezti proporcionāls temperatūrai T kelvinos:

λ _max T = 2.898. 10 ⁻³ m⋅K

2. attēls. Apstarojuma diagramma kā melna ķermeņa viļņa garuma funkcija. Avots: Wikimedia Commons.

Saules virsmas temperatūra ir aptuveni 5700 K, un tā izstaro galvenokārt īsākā viļņu garumā, kā mēs redzējām. Līkne, kas vistuvāk atbilst Saules līknei, ir 5000 K zilā krāsā un, protams, ir maksimāli redzamās gaismas diapazonā. Bet tas izstaro arī labu daļu infrasarkanā un ultravioletā starojuma.

Termiskā starojuma pielietojumi

Saules enerģija

Lielo enerģijas daudzumu, ko izstaro Saule, var uzglabāt ierīcēs, kuras sauc par kolekcionāriem, lai vēlāk to pārveidotu un ērti izmantotu kā elektrisko enerģiju.

Infrasarkanās kameras

Tās ir kameras, kas, kā norāda viņu nosaukums, darbojas infrasarkanajā reģionā, nevis redzamā apgaismojumā, piemēram, parastās kameras. Viņi izmanto faktu, ka visi ķermeņi lielākā vai mazākā mērā izstaro siltuma starojumu atkarībā no to temperatūras.

3. attēls. Ar infrasarkano kameru uzņemta suņa attēls. Sākotnēji gaišākie apgabali apzīmē apgabalus ar visaugstāko temperatūru. Krāsas, kuras apstrādes laikā pievieno, lai atvieglotu interpretāciju, parāda atšķirīgo temperatūru dzīvnieka ķermenī. Avots: Wikimedia Commons.

Pirometrija

Ja temperatūra ir ļoti augsta, to izmērīšana ar dzīvsudraba termometru nav labākais risinājums. Šim nolūkam dod priekšroku pirometriem, caur kuriem, pateicoties elektromagnētiskā signāla izstarošanai, tiek izsecināta objekta temperatūra, zinot tā izstarojumu.

Astronomija

Starlight ir ļoti labi modelēts ar melnā ķermeņa tuvinājumu, kā arī visu Visumu. Un no savas puses Vīnes likumu astronomijā bieži izmanto, lai noteiktu zvaigžņu temperatūru atbilstoši to izstarotās gaismas viļņa garumam.

Militārā rūpniecība

Raķetes ir vērstas uz mērķi, izmantojot infrasarkanos signālus, kuru mērķis ir noteikt karstākās vietas lidmašīnās, piemēram, piemēram, dzinējus.

Atsauces

1. Giambattista, A. 2010. Fizika. 2. Ed McGraw Hill.
2. Gómez, E. Vadītspēja, konvekcija un starojums. Atgūts no: eltamiz.com.
3. González de Arrieta, I. Siltuma starojuma pielietojumi. Atgūts no: www.ehu.eus.
4. NASA Zemes observatorija. Klimata un Zemes enerģijas budžets. Atgūts no: earthobservatory.nasa.gov.
5. Natahenao. Siltuma lietojumi. Atgūts no: natahenao.wordpress.com.
6. Servejs, R. Fizika zinātnei un inženierijai. 1. sējums. 7. Ed. Cengage mācīšanās.